488 A. WE G N E R
we sił y wzbudzają ce. Stą d omawiane wyniki badań dotyczą tylko drgań pionowych i po-przecznych (J. G eiger [1], G . Mensch [2], T. C. R athbon e [3], H . Kayzer [4, 5], G . Ehlers
[6], S. Vesselowsky [7]). N iemniej jednak w pracach [4, 6, 8] przedstawiono formy drgań górnych pł yt fundamentów, które wskazują na wystę powanie amplitud drgań osiowych. D opiero prowadzone w latach 5O- tych badania dynamiczne fundamentów pod turbo-zespoł y potwierdził y wystę powanie drgań osiowych.
W. W. M akariczew w pracy [9] przedstawił wibrogram drgań wł asnych poprzecznej ramy fundamentu (dla trzech rozważ anych kierunków), jedn ak bez dalszej analizy zjawiska
(np. sił wewnę trznych w maszynie, nieosiowoś ci agregatu itp).
W pracy [10] A. I. Abaszidze i M . A. Branowskij — przedstawiają wyniki badań 8 fun-damentów oraz ł oż ysk podporowych wał ów turbozespoł ów o mocy od 4 do 50 M W. Bada-nia przeprowadzono także w czasie rozruchu i odstawiania maszyny.
N a podstawie badań autorzy stwierdzają , że drgania ł oż ysk w kierunku osi wał u są bardzo czę sto wię ksze od drgań w kierunku poprzecznym i pionowym.
D uż ym mankamentem tej ciekawej pracy jest forma graficznego uję cia wyników bada-nia drgań elementów konstrukcyjnych —• podczas rozruchu turbozespoł u. P rzedstawiono bowiem n a wykresie przykł adowo przebieg drgań trzech róż nych elementów z róż nych fundamentów w trzech rozpatrywanych kierunkach (trzy linie zapisu). Wyklucza to jaką -kolwiek analizę wyników badania drgań elementów w trzech kierunkach.
Równolegle prowadzi badania R. Kohler [11] próbują c wyjaś nić przyczyny zarysowania ż elbetowego rygla ramy podł uż nej fundamentu turbozespoł u o mocy 10 M W.
W czasie badań rejestruje amplitudy drgań podł uż nych fundamentów, potwierdzone badaniami modelowymi.
D rgania podł uż ne rejestruje R. Kohler również w czasie badania fundamentów nisko-strojonych, zarówno stalowych jak i ż elbetowych [12].
Także Z. Ś niadkowski [13] stwierdza wystę powanie drgań osiowych fundamentu, za-znaczają c, że wartoś ci amplitud drgań na trzech rozważ anych kierunkach wskazują na za-niż one mimoś rody, przyjmowane do obliczeń projektowych.
W 1959 r. B. Kounovsky [14] przedstawia badania dynamiczne 8 róż nych fundamentów, ukazują c współ zależ ność drgań w ukł adach przestrzennych.
N a zał ą czonych rysunkach moż na ł atwo zauważ yć jak bardzo zarejestrowane formy drgań fundamentów odbiegają od przedstawionych w literaturze technicznej n a podstawie badań modelowych i analiz teoretycznych.
B. Kounovsky przedstawił także dla drgań rygla ramy podł uż nej ukł ad figur Lissajousa, potwierdzają c tym samym wyniki badań T. C. R ath bon e [8],
W czasie badań dynamicznych turbozespoł u M . N ovak [15] rejestruje duże drgan ia osiowe podpór ł oż yskowych generatora (panwi podporowych). Wyniki badań uzupeł n ion o podaniem wartoś ci amplitud drgań rygla ramy poprzecznej (drgania osiowe —• z pł aszczyz-ny ramy).
A. I, Abaszidze w pracy [16] przedstawia wyniki badań prowadzonych n a fundamentach turbozespoł ów o mocy 4 4- 100 M W.
Analizują c wyniki omawianych badań moż na ł atwo stwierdzić, że wartoś ci am plitud drgań osiowych fundamentów wzrastają wraz z mocą turbozespoł
u (w przypadku turbo-F U N D AM E N T Y TU R BOZ ESP OŁ ÓW. 489 zespoł u o mocy 100 M W wartoś ci amplitud drgań osiowych był y w przybliż eniu równe wartoś ciom amplitud drgań poprzecznych).
Ciekawe badania fundamentu turbozespoł u o mocy 50 M W omawia J. Pał ka [17]. P rzedstawia m.in. wykres zależ noś ci amplitud drgań wybranego punktu fundamentu (dla trzech kierunków) od liczby obrotów maszyny. We wnioskach postuluje konieczność sprawdzania am plitud drgań osiowych fundamentów.
N a podobn e współ zależ noś ci drgań wskazuje również M. N ovak [18], przy omawianiu badań fundamentów turbozespoł ów o mocy 25 i 35 M W.
W monografii [19] A. I. Abaszidze, S. A. Berenstein, F . W. Sapoż nikow poszerzają wyniki swych badań sprzed kilku lat o eksperymentalne okreś lenie drgań wł asnych (dla trzech kierunków) róż nych elementów konstrukcyjnych fundamentów, a także porównują wartoś ci otrzymane w czasie badań eksploatowanych fundamentów i odpowiednich modeli. P rócz tego przedstawiają wyniki badań prefabrykowanych fundamentów ż elbetowych pod turbozespoł y o mocy 150 M W.
Z porównania wartoś ci amplitud drgań wynika, że w przypadku fundamentów pre-fabrykowanych — wartoś ci amplitud drgań osiowych są najwię ksze, natomiast przy mono-litycznych — najmniejsze.
Również A. N esitka [20] w czasie badan ia fundamentu turbozespoł u o mocy 3 MW stwierdził wystę powanie drgań osiowych. Zaznacza jednak, że są one znacznie mniejsze od wartoś ci amplitud drgań poprzecznych.
Odmiennego zdania jest O. A. Sawinow [21], stwierdzają c na podstawie badań D . D . Barkan a, że pon ad 50% fundamentów wykazuje wartoś ci amplitud drgań osiowych równe bą dź czę sto wię ksze od wartoś ci amplitud drgań poprzecznych.
Wyniki badań ż elbetowych fundamentów prefabrykowanych pod turbozespoł y o róż nej mocy przedstawiają A. I. Abaszidze i A. T. Kazandż jan [22]. Badają także drgania podpór wał ów turbozespoł ów i n a ich podstawie wyprowadzają liniową zależ ność m.in. pomię dzy podł uż nymi drganiami fundamentu i ł oż ysk podporowych.
Również G . G . Arganowskij [23] przedstawia wyniki badań amplitud drgań osiowych ż elbetowych fundamentów prefabrykowanych o mocy 50, 100, 150 i 200 M W, porównują c je z wartoś ciami zarejestrowanymi n a fundamentach monolityczno- prefabrykowanych. A. I. Abaszidze, F . W. Sapoż nikow, A. T. Kazandż jan [24] uzupeł niają swoje badania, przytaczają c wyniki zarejestrowane n a ż elbetowych fundamentach prefabrykowanych 0 mocy 200 M W (wartoś ci amplitud mierzono dla trzech kierunków drgań ).
W latach 1971 - 1978 n a zlecenie jednostek pań stwowych Zespół Inst. Technologii 1 Konstrukcji Budowlanych Politechniki Poznań skie j przeprowadza szerokie badania dy-namiczne ż elbetowych fundamentów monolitycznych pod turbozespoł y o mocy 200 MW
[25,26]*'
Analizą obję to m.in. zależ ność wartoś ci amplitud drgań od zarysowania fundamentu, a także jego wpł yw n a zmianę charakterystyki dynamicznej konstrukcji [27]. Badano wpł yw elektropetryfikacji podł oża n a wartość amplitud drgań fundamentu [28] oraz udział skł a-dowych amplitud drgań od maszyn są siadują cych w koń cowej wartoś ci amplitud [29].
*' We wszystkich badaniach dynamicznych uczestniczył prócz autora inż. d/ s aparatury G . Wasielewski oraz towarzyszą cy mu technicy.
49Q A. WE G N E R
3. Próby wyjaś nienia przyczyn drgań osiowych
D ostrzeż one jeszcze w latach 30- tych drgania podł uż ne fundamentu próbowan o wy-jaś nić wystę pują cymi formami odkształ ceń pł yty górnej konstrukcji (rys. 1). Wykluczono natomiast dział anie jakichkolwiek sił podł uż nych [30].
13 13'
3 \
j o '
Rys. 1. Przykł adowa forma odkształ cenia dynamicznego pł yty górnej fundamentu turbozespoł u wg [24] (widok z góry)
N a wielkość sił wzbudzają cych, a tym samym na wielkość deformacji pł yty górnej m a wg E. Rauscha [31] wpł yw —p o z a mimoś rodem począ tkowym, także rozregulowanie turbiny (jako wynik — wypadania ł opatek z gł ównego koł a, odkł adanie się soli kotł owych na ł opatkach, skrzywienie wał u).
H . Weber w swej pracy [32] wskazuje na znaczenie doboru wł aś ciwego m odelu ram y podł uż nej fundamentu przy wyznaczaniu drgań wł asnych i stref rezonansu.
N a przykł adach ramowych fundamentów turbozespoł ów o mocy 100 M W (stalowego i ż elbetowego) przedstawia róż nice w czę stotliwoś ciach drgań, wyznaczonych dla róż nych mofleli obliczeniowych.
N a podobne problemy zwraca uwagę E. Kram er [33] omawiają c m.in. wpł yw niedokł ad-nego poł ą czenia elementów wał u n a wzrost sił odś rodkowych (problem rozosiowania wał u).
Istotne miejsce w analizie zjawiska zajmuje okreś lenie wpł ywu ugię cia statycznego i dy-namicznego wał u wirnika n a wielkość sił odś rodkowych. P roblem ten zasygnalizowany przez I. Kisiela [34] został szeroko omówiony z pun ktu widzenia praktycznego w pracach J. Koż esnika [35], Lipsmanów [36] i R. Łą czkowskiego [37].
W pracach [36, 37] zwrócono również uwagę na wpł yw rozosiowania wał u n a zwię kszo-ne oddział ywania dynamiczne turbozespoł u.
M ał a sztywność podpór ł oż yskowych może być wg R. Łą czkowskiego [38] przyczyną powstawania silnych drgań podł uż nych. Z aznaczono jednak, że problem ten dotyczy szczególnie generatorów duż ej mocy.
Omówienie mechanizmu oddział ywania jak również zwią zku z sił ami bezwł adnoś ci niewyważ onych mas wirnika — znajdujemy w monografii R. Łą czkowskiego [37]. Autor m.in. stwierdza, że amplitudy drgań osiowych podpór ł oż yskowych „ ...są proporcjon aln e do dynamicznej strzał ki linii ugię cia wirn ika" (rys. 2). Prócz tego R. Łą czkowski dostrzega
FUNDAMENTY TURBOZESPOŁÓW. 491
jako ź ródło sił podł uż nych „ ...skł adowe osiowe dynamicznego n aporu czynnika n a ł opatki wirnikowe oraz róż nicę statycznego ciś nienia czynnika po obu stronach tarcz wirniko-wych " [37].
Sposób wyznaczenia omówionych skł adowych przedstawia E . Tuliczka [39], podkreś la-ją c, że otrzymane wartoś ci mogą być znaczne. Jednocześ nie Autor wyjaś nia, że jakkolwiek
Rys. 2. Zależ ność ką towa przemieszczenia czopów ł oż ysk podporowych od dynamicznego ugię cia wału turbozespoł u: a) przy pierwszej prę dkoś ci krytycznej drgań obrotowych; b) przy drugiej prę dkoś ci
krytycznej drgań obrotowych wg [37]
dą ży się do wewnę trznego wyrównoważ enia sił podł uż nych (osiowych) w obszarze korpusu, to jedn ak takie rozwią zanie komplikuje ukł ad konstrukcyjny. Stą d typowym rozwią zaniem dla przeniesienia sił podł uż nych jest zastosowanie ł oż yska oporowego M itchella. Wyzna-czona w pracy [39] noś ność ł oż yska wzdł uż nego jest znaczna.
W pracy [38];R. Łą czkowski stwierdza, że ź ródł em wzbudzenia znacznych drgań po-dł uż nych jest również wirują ce pole magnetyczne generatora. Czę stotliwość drgań wywoł a-nych omawianymi sił ami jest równ a 100 H z.
Rozpatrują c problem osiowych drgań wymuszonych fundamentu nie sposób pominą ć wzdł uż nych drgań wł asnych wał u wirników i zwią zanych z tym stref rezonansowych. Roz-wią zanie tych zagadnień przedstawiono w sposób przydatny dla celów praktycznych w pra-cach R. Łą czkowskiego [40, 41].
W ostatnich latach podję to próby oceny zależ noś ci drgań ł oż ysk i wirników wał u od sztywnoś ci fundamentu. Z ależ ność tę rozpatrywano przy uwzglę dnieniu róż nych wpł y-wów dodatkowych (warstewki olejowej ł oż yska, jej poł oż enia, sztywnoś ci kozł ów podporo-wych ł oż ysk itp.) w pracach Z . Walczyka [42], J. G lienicke [43], E. Kram era [44].
Szerokie moż liwoś ci analizy wpł ywu róż nych czynników n a drgania wał u przedstawiono w pracy A. M uszyń skiej [45]. N ależy domniemywać, że przy pewnej modyfikacji przedsta-wionych w pracy równ ań , bę dzie m oż na również uwzglę dnić wpł yw fundamentu n a drgania ł oż ysk.
4. Obliczeniowe uję cie sił osiowych
W pierwszych zaleceniach projektowych [30] nie przewidywano koniecznoś ci uwzglę d-nienia drgań osiowych w obliczeniach fundamentów turbozespoł ów. D
opiero w opracowa-492 A. WEG NER
niu E, Rauscha [46] mamy pierwsze wzmianki na tem at obliczeń ukł adu podł uż neg o funda-mentu (przy uwzglę dnieniu pł yty górnej). Zalecono bowiem, by nie obcią ż one elementy konstrukcyjne fundamentu, współ drgają ce z ramami poprzecznymi obliczać przy uwzglę d-nieniu 50% zwyż ki ich cię ż aru wł asnego.
Sposób obliczania drgań pionowych i poprzecznych rygli ram podł uż nych przedstawio-no w monografii E. Rauscha [31].
Obliczenia dynamiczne sprowadzono do wyznaczenia drgań wł asnych pionowych i ewentualnie poprzecznych belki cią gł ej (rygla ramy podł uż nej) n a podporach sztywnych lub sprę ż ystych.
Moż liwość wystą pienia sił wzbudzają cych w kierunku osiowym fundamentu dostrze-ż ono dopiero w normie niemieckiej [47]. Zalecono jednocześ nie by w obliczeniach projekto-wych uwzglę dniono strefy rezonansowe ram podł uż nych. Współ drgają ce, nie obcią ż one elementy konstrukcyjne fundamentu liczy się w sposób przedstawiony w opracowan iu [46], Znowelizowana norma [48] nie wnosi do obliczeń ż adnych zmian, potwierdza jedn ak moż liwość wystę powania drgań osiowych fundamentu wywoł anych sił ami wzbudzają cymi. W pracy R. Janischa [49] przedstawiono metodę obliczania drgań gię tnych, drgań pio-nowych i poziomych (poprzecznych) rygla ramy p o d ł u ż n ej—ja ko belki cią gł ej. D rgan ia osiowe pominię to z uwagi (jak zaznaczono) na ich mał e znaczenie praktyczne (wyznaczone amplitudy drgań był y b. mał e).
M . F . M akaroczkin, Ju. A. Sobolewski [50] zalecają przy obliczaniu fundamentów turbozespoł ów bez wykonstruowanej ramy podł uż nej — przyjmować osiowe sił y wzbudza-ją ce równe poł owie wartoś ci odpowiednich obcią ż eń dynamicznych poprzeczno- poziomych. Jednocześ nie uważ ają, że przy fundamentach ramowych, mają cych ramy podł uż ne, m oż na nie uwzglę dniać w obliczeniach dział ania sił podł uż nych (osiowych).
Wyznaczenie osiowych sił wzbudzają cych na podstawie prowadzonych badań przedsta-wiono w pracy P. A. G utidze [51] (cyt. wg [19]). D la fundamentów turbozespoł ów o 3000 obr/ min otrzymano wartość osiowej sił y wzbudzają cej równą poł owie wartoś ci pionowej siły wzbudzają cej.
Cz. Kł oś i J. Lipiń ski [52] proponują natom iast na podstawie prowadzonych obserwacji drgań osiowych fundamentów (zaobserwowane drgania osiowe był y znacznie mniejsze od drgań poprzecznych) przyję cie sił osiowych równych „ ... poł owie obcią ż eń dynamicznych poziomych, prostopadł ych do osi turbozespoł u". Jednakże w przytoczonych przykł adach obliczeń drgań rarii podł uż nych nie uwzglę dniono osiowych sił wzbudzają cych, ograniczają c się tylko do uję cia wpł ywu momentu zwarcia i drgają cych w wę zł ach mas, wzbudzonych drganiami rygli ram poprzecznych. Jako schemat obliczeniowy ramy podł uż nej przyję to podzielony rygiel na poszczególne przę sł a, utwierdzone n a podporach (w wę zł ach).
Prócz tego w pracy [52] przedstawiono ciekawe zestawienie porównawcze wartoś ci poziomych amplitud drgań poprzecznych ram fundamentu pod turbozespół o mocy 25 M W. Amplitudy drgań obliczono rozpatrują c ramy jako oddzielne konstrukcje i jako skł adowe elementy sztywnej pł yty górnej. Rozbież noś ci pomię dzy wynikami się gają pon ad 50%.
W monografii E. Rauscha [53] dostrzeż ono podobn e uję cie obcią ż enia przy obliczaniu ram podł uż nych jak w pracy [31], jakkolwiek autor zaleca w pierwszej kolejnoś ci wyznacze-nie drgań pł yty górnej fundamentu jako sztywnej tarczy. P rócz tego zwraca uwagę n a celowość sprawdzania drgań sprzę ż onego ukł adu pł yty górnej i dolnej fun dam en tu; czę
sto-F U N D AM E N T Y TU RBOZ ESP OŁÓW. 493 tł iwość zaś obliczanych drgań wł asnych winna być róż na o min. 20% od czę stotliwoś ci drgań eksploatacyjnych.
Obliczenia statyczne przeprowadzono jednocześ nie dla cał ej ramy podł uż nej , dynamicz-n e , dynamicz-n atom iast tylko dla rygla podł uż , dynamicz-nego.
Pierwsze uję cie obliczeń wpł ywu dynamicznego dla cał ej ramy podł uż nej przedstawiono w pracy A. I. Abaszidze [16].
D rgan ia wł asne cał ego ukł adu (do IV rzę du) wyznaczono przy zał oż eniu sprę ż ystoś ci rygli podł uż nych i przegubowo poł ą czenia ich w wę zł ach z ryglami ram poprzecznych. W wę zł ach tych skupiono masy zł oż one z poł owy wartoś ci przypadają cej na poszczególne rygle ram poprzecznych i z czę ś ci rygli ramy podł uż nej. N astę pnie za pomocą rozł oż enia w szereg wg form drgań wł asnych i przy uwzglę dnieniu poprzecznych sił wzbudzają cych (jak propon owan o w pracy [52]) okreś lono amplitudy drgań podł uż nych.
Przedstawioną wyż ej metodę obliczeń drgań ram podł uż nych omówiono szerzej w mo-nografii A. I. Abaszidze, S. A. Berensteina i F . W. Sapoż nikowa [19].
Przyję cie poziomej sił y wzbudzają cej do obliczenia drgań fundamentów w kierunku podł uż nym zalecono również w przepisach amerykań skich [54] (cyt. wg [63]). W myśl tych przepisów wielkość sił osiowych winna być okreś lona przez wytwórcę maszyn.
W schemacie obliczeniowym ukł adu konstrukcyjnego fundamentu, sił y podł uż ne (osio-we) obcią ż ają obie skrajne ramy poprzeczne (sił y przył oż one w ś rodku rozpię toś ci rygla, prostopadle do jego osi).
Bardzo ciekawą analizę wartoś ci amplitud drgań poprzecznych przeprowadzono w pra-cy E. Krynickiego i W. Wł odarczyka [55]. Obliczono mianowicie czę stotliwoś ci drgań wł asnych i amplitudy drgań ram poprzecznych dla fundamentu pod turbozespół o mocy 125 M W przy zastosowaniu metody E. Rauscha [53], W. W. M akariczewa [9] i I. Kisiela [34], a także z uwzglę dnieniem sił poprzecznych lub bez nich — przy uż yciu wzorów trans-formacyjnych metody przemieszczeń.
Róż nice pomię dzy obliczonymi czę stotliwoś ciami drgań wł asnych nie przekraczają 20%, natomiast wartoś ci am plitud drgań róż nią się do 80%.
P rócz tego przedstawiono wyniki obliczeń ram poprzecznych fundamentu turbozespoł u o mocy 200 M W, rozpatrywanych jako samodzielne konstrukcje i jako pracują ce w ukł a-dzie sztywnej pł yty górnej.
W pracy G . Kleina [56] opartej n a metodzie E. Rauscha przedstawiono wyznaczenie czę stotliwoś ci drgań wł asnych ram podł uż nych oraz pionowych i poprzecznych (z pł aszczyz-ny ramy) drgań wzbudzonych rygla (jako belki cią gł ej). Zwrócono też uwagę n a koniecz-n ość zachowaa koniecz-nia mia koniecz-n. 20% róż a koniecz-nicy pomię dzy czę stotliwoś ciami drgań wł asa koniecz-nych i wzbudzo- asnych i wzbudzo-nych.
N a niedostatki dotychczasowych metod obliczeń rygli ram podł uż nych zwrócono uwagę w pracy G . Kleina [57]. P odkreś lono m.in. brak uwzglę dnienia w obliczeniach projektowych sztywnoś ci współ pracują cego turbozespoł u, sprę ż ystoś ci podparć wał u maszyny, sprzę ż enia drgań rygli ram poprzecznych z ramą podł uż ną, moż liwoś ci drgań konstrukcji fundamentu w trzech podstawowych kierunkach.
W normie [58] obowią zują cej w naszym kraju w latach 1967 - 1980, nie przedstawiono ż adnych zaleceń dotyczą cych koniecznoś ci obliczania drgań ram podł uż nych, jakkolwiek w monografii J. Lipiń skiego [59] (z tego samego okresu) stwierdzono, że mogą wystę pować
494 A. WE G N E R .
obcią ż enia dynamiczne, dział ają ce wzdł uż osi maszyny. W cyt. monografii zalecono przy-ję cie wielkoś ci sił osiowych zgodnie z wcześ niejszą pracą autora [52]. N iemniej jedn ak w przykł adzie obliczeń fundamentu pod turbozespół o mocy 25 M W wartoś ci tej nie uw-zglę dniono (rygiel ramy podł uż nej obliczono wg zasad sformuł owanych przez E. R ausch a).
W pracy W. H errm an n a [60] oraz w monografiach A. M ajora [61] i G . Buzdugana [62] problem obliczania podł uż nych ram fundamentu ograniczono do podan ia zaleceń przedsta-wionych w opracowaniu E. Rauscha [46].
W najnowszej monografii A. M ajora [63] w zestawieniu obcią ż eń uję to poziom e sił y osiowe jako obcią ż enia wzbudzają ce drgania wzdł uż osi podł uż nej fun dam en tu; nie po-dan o jedn ak ich wartoś ci. Miejsce przył oż enia sił osiowych przyję to zgodnie z opracowa-niem [54].
Wiele miejsca w publikacji poś wię cono omówieniu schematów ram podł uż nych, stoso-wanych przy obliczaniu drgań wł asnych (wg prac cyt. wyż ej).
W aktualnie obowią zują cej w kraju normie dotyczą cej fundamentów pod maszyny [64] uwzglę dniono obcią ż enia dynamiczne, dział ają ce w osi konstrukcji. Przyję to wielkość sił y osiowej równą poł owie wartoś ci poprzecznych sił wzbudzają cych, co jest zgodne z wcześ niej-szymi propozycjami, przedstawionymi w pracach [16, 50, 52].
5. Ocena wyników badań i prac teoretycznych
Prowadzone w ostatnim dwudziestoleciu badan ia dynamiczne eksploatowanych funda-mentów turbozespoł ów jednoznacznie wykazał y wystę powanie drgań osiowych. Z arejestro-wano mocno zróż nicowane wartoś ci amplitud drgań osiowych, wzrastają ce wraz z mocą turbozespoł ów. W przypadku maszyn o mocy 200 M W, wartoś ci rozważ anych am plitud drgań pł yty górnej fundamentu są podobn e do wartoś ci amplitud drgań pionowych bą dź poprzecznych [26]. Oznacza to, że niesposób nadal pomijać ich okreś lenia w obliczeniach projektowych, a także w uję ciu normowym (wartoś ci dopuszczalnej amplitudy drgań osio-wych [64]),
D o problemów nadal nie rozwią zanych należy jedn ak wielkość osiowych sił wzbudza-ją cych.
Obowią zują ca w kraju norm a [64] ujmuje wielkoś ci sił osiowych zgodnie z propozycjami autorów z koń ca lat pię ć dziesią tych [16, 50, 51, 52], a wię c przyjmuje sił ę o wielkoś ci równej poł owie charakterystycznego obcią ż enia dynamicznego, zalecanego do obliczeń am plitud drgań pionowych bą dź poprzecznych.
Powyż sza wartość sił y osiowej nie jest wynikiem szerszych badań konstrukcji czy analiz teoretycznych lecz został a przyję ta przez pewną analogię do zaobserwowanych mniejszych wartoś ci amplitud drgań osiowych (pomierzone amplitudy drgań osiowych był y znacznie mniejsze od amplitud drgań poprzecznych [52]).
W tym miejscu należy zaznaczyć, że autorzy omawianych wyż ej prac obserwowali fundamenty turbozespoł ów o mocy do 100 M W (w przypadku publikacji [52] — d o 50 M W) . Stą d brak oceny spotykanych aktualnie wartoś ci amplitud drgań osiowych fundamentów turbozespoł ów duż ej mocy [26].
F U N D AM E N T Y TU R BOZ ESP OŁ ÓW. 495 W przypadku przyję cia wyż e j przytoczonego rozumowania dla fundamentów turbo-zespoł ów o mocy 200 M W — normową wartość sił y osiowej należ ał oby zwię kszyć dwu-krotn ie.
Powyż sze zjawiska nie mają jedn ak liniowej zależ noś ci, co ł atwo zauważ yć ś ledząc treść pracy H . Webera, E. Kram era, Z . Walczyka, J. G lienicke czy A. Muszyń skiej.
I jakkolwiek rozwią zano wiele problemów mechanicznych, to jednak nie udał o się jedno-znacznie okreś lić osiowej sił y wzbudzają cej, która winna być przyjmowana do obliczeń fundamentów.
N ależy domniemywać, że taki stan wiedzy wynika przede wszystkim z przyję tego punktu widzenia autorów, którzy dostrzegają problem od strony wpł ywu fundamentu na pracę turbozespoł u (np. [42, 43, 44]). Brak natom iast opracowań, w których był aby przeprowa-dzon a analiza wystę pują cych sił pod ką tem wpł ywu turbozespoł u n a fundament. Stą d dla peł nego rozwią zania problem u, przy cał kowitej przydatnoś ci wyników dla konstruktorów fundamentów, konieczna jest ś cisła współ praca w czasie badań i analiz teoretycznych inż y -nierów mechaników i inż ynierów budownictwa.
6. U wagi koń cowe i wnioski
P rawidł owa praca turbozespoł u zależy m.in. od dobrego stanu technicznego fundamen-tu. Tymczasem wystę pują ce coraz czę ś ciej zarysowania konstrukcji fundamentów, szczegól-nie pod turbozespoł y o mocy powyż ej 50 M W wskazują , iż nie wszystkie problemy tech-niczne rozpatrywanej konstrukcji wsporczej został y wyjaś nione.
N ależy mieć również n a uwadze fakt, że aktualnie budowane są w kraju turbozespoł y o mocy 500 M W (są także w eksploatacji), wymagają ce skomplikowanej konstrukcji wsporczej o dł ugoś ci ok. 50,00 m . Stą d wydaje się anachronizmem stosowanie sił bą dź param etrów okreś lonych pon ad ć wierć wieku temu podczas obserwacji fundamentów turbo-zespoł ów mał ych i ś rednich mocy (do 50 M W [50]) — do obliczeń fundamentów turbo-zespoł ów duż ej mocy.
Koniecznoś ci prowadzenia badań dynamicznych dla wyjaś nienia rozważ anych w ni-niejszej pracy zagadnień nie potrzeba uzasadniać. U czynił to przed wielu laty R. Ciesielski przy omawianiu ogólnych problemów budownictwa, zwią zanego z obcią ż eniami dynamicz-nymi [65, 66]. Również W. Wł odarczyk w pracy [67] wskazuje, że w przypadku skomplikowanego ukł adu konstrukcyjnego bą dź wystę powania niewyjaś nionych dostatecznie obcią -ż eń dynamicznych, najsł uszniejszą metodą dla rozwią zania problemu są badania dynamicz-n e.
Powstaje zatem pytan ie: czy wolno nadal improwizować przy obliczaniu fundamentów turbozespoł ów duż ej mocy, stosują c metody i zasady wypróbowane i wystarczają ce — przy obliczaniu fundamentów turbozespoł ów mał ej mocy?
W ś wietle dotychczas prowadzonych badań fundamentów turbozespoł ów, a także na podstawie omówionego w publikacji materiał u, m oż na stwierdzić, że koszt rozwią zania problem u bę dzie wielokrotnie niż szy od kosztów koniecznych napraw i wzmocnień aktual-nie budowanych konstrukcji.
496 A. WEONEII
M oż na stą d sformuł ować .nastę pują ce wnioski:
1). Wystę pują ce w czasie eksploatacji turbozespoł u sił y osiowe są duże i nie m oż na ich pomijać przy obliczaniu amplitud drgań fundamentu
2). W obliczeniach fundamentów turbozespoł ów duż ej mocy muszą być uwzglę dniane sił y osiowe o wartoś ciach zbliż onych do rzeczywiś cie wystę pują cych (ich ocena nie bę dzie jednoznaczna, zależy bowiem od stan u technicznego maszyny).
3). Badania dynamiczne i analizy teoretyczne wyjaś niają ce problem sił osiowych i zwią za-nych z nimi drgań, winny być prowadzone przez zespół skł adają cy się z inż ynierów me-chaników i inż ynierów budownictwa
4). W znowelizowanej normie dotyczą cej fundamentów pod maszyny musi być okreś lona rzeczywista sił a osiowa lub sposób jej obliczania (zalecana do obliczeń projektowych), jak również wartość dopuszczalnych amplitud drgań osiowych. Literatura 1. J. GEIGER, Untersttclumg von Schwingungserseheimmgen an Turbodynamos mit Hilfe ties Vibrogvaphen. Zeitschr. d. VDI, 66/ 1922/ 18, s. 437 - 440 2. G . MENSCH, Reclmeriscli ermittelte uncl gemessene Schwingungszahlen an einem Tiirbinenfundainent. Bauingenieur 9/ 1928/ H.9, s. 152- 153. 3. T. C. RATHBONE, Curing Resonant Vibration in Turbine Units. Power, Apr. 10, 1928, s. 629 - 632. 4. H . KAYZER, Uber Fundamentschwingungen. Zeitschr. d. VD I, 73/ 1929/ 37, s. 1305 - 1310. 5. H . KAYZER, Zur Beanspruchung von Turbinenfimdainciiten. Bertcht uber neuere Messungen von Funda-mentschwingungen. Bauingenieur 13/ 1932/ H. 17/ 18, s. 231 - 235; H . 31/ 32, s. 419- 420. 6. G . EHLERS, Dampfturbinenfundamente und damit zusammenhiingende Fragen des Eisenbetonbaues. Bauingenieur 15/ 1934/ H. 29/ 30, s. 298- 301; H . 31/ 32, s. 312- 314. . 7. S. VESSELOWSKY, Experimental and Theoretical Investigation ufa Turbine Foundation. Journ. Appl. Moch. June 1940, s. 63- 70; Sept. 1941, s. 141 - 143.
8. T. C. RATHHONE, Vibration of Turbine- Generator- Foundations. Power, Apr. 3, 1928, s. 588 - 592, s. 606. 9. B.B. MAKAPHI
IEB, cpyndaMewnu nod mypSoaipeiamu. Moacna- JIcmiMpad, roc3iieproH3flaT3 1951. 10. A.H . ABAUIHA3E, M .A. EpAHOBCKHii, O paGome paMiiux (fiyudaMenmoB nod diinajuwiccKoii naipy3Koii,
3nei<Tpi«ecKne d a m n m up. 2/ 1955, c. 18 - 25.
11. R. KOHLER, Das- Schwingmigssystem Turbine- Fundament. VIK- Bcrichte nr 28 (August) 1955, s. 7- 29. 12. R. KSHLER, Ergebnisse von Schwingungsuntemuchen an Turbinen- fundamenten und Turbinen. VDI-
Be-richteBd. 24, 1957, s. 59- 63.
13. Z. Ś NIADKOWSKI, Pomiar drgań fundamentu turbozespoł u 19 MW . Inż. i Bud. nr 5/ 1958, s. 173- 174. 14. B. KOUNOVSKY, Nove poznatky o kmitani zakł adu pod turboagregaty. Symp. Dynamics of Structures.
Praga 1959, Ref. s, 39 - 63.
15. M. NOVAK, Axidlni kmitdni loziskovych stojanu generatora. Stavebnicky Ć asopis, Bratislava 1960, nr 5/ 6, s. 324 - 339.
16. A.H . Ai>Ainnfl3Ej fluHaMW ta dtyHÓcutemnoe napoaux myp6im. MocKBa- Jlennnrpafl roceneproii3;jaT 1960. 17. J. PAŁKA, Analiza drgań fundamentów pod turbozespoł y. Inż. i Bud. nr 2,1962, s. 66 - 70 18. M. Nov'AK, On some dynamical problems of' turbomachinery frame foundations. Proc. RILEM Sypm. 1, Budapest 1963, s. 215- 234. 19. A.H . ABAinHfl3E, C.A. BEPEHCTEHHJ C&.B. CAnoKHHKOBj (pyitdaMeumu napoeux mypOuri (mypSo-lenepamopoe), MocKBa- JIenHHrpafl, roc3Hepron3flaT3 1963 20. A. NESJTKA, Federnd gelagerte Dampfturbinenfundamente, Bauingenieur 39/ 1964/ H.6, s. 228 - 230. 21. O.A. CABHHOBJ CoepeMemiue KoncmpyKifuii (jjyudaMeHmos nod Aiauiunu u nx pacue'm. JleiiH urpafl-- MocBKa, CTOHH3flaT, 1964.
FUNDAMENTY TURBOZESPOŁÓW. 497
22. A.H . AEAIHH# 3E, A. T . KA3AHA>KHHJ Cóopnwe oicejie3o6emoHHbie (fiytidaMeHmu nod mypSoaipeeamu. S H e p r e wi M e c K o e G rpoH TejiBC TBO H p . 4 1 / 1 9 6 4 , c . 3 - 7 .
2 3 . r . I \ AprAHOBCKHHj HamypHoe oócnedosanue coopuux oicem3o6emoHHux (fiyudaMemnoe nod Kpynnue myp6oazpezambi. 3H epreTH qeci<oe CrpoHTejibCTBO H p. 6/ 1966, s. 71 - 74.
24. A . H . ABAuiHfl3Ej <E>.B. CAnoH<HHi<OB3 A . T
. KA3AHflH<HH, <t>yndaMeHmu MCIWUH mennoeux snemnpo-cmawfUU, M ocKBa3 3H eprH H , 1975.
25. A. GARSTBCKI, A. WEG NER, Badania dynamiczne fundamentów ramowych pod turbozespoł y duż ej mocy. Inż. i Bud. nr 2/ 1977, s. 65 - 69.
26. A. WEGNER, H . LITWIN OWICZ, Analiza drgań zmodernizowanych ż elbetowych fundamentów ramowych pod turbozespoł y o mocy 200 MW . Zesz. N auk. PP — seria: Budownictwo Lą dowe nr 25/ 1980, s. 13 - 28. 27. A. WEG NER, W pł yw zarysowania fundamentu na zmianę jego charakterystyki dynamicznej i na pracę
turbozespoł u. Energetyka nr 3/ 1981, s. 83 - 86.
28. A. WEGNER, W pł yw elektropetryfikacji podł oż a na zmianę wartoś ci amplitud drgań ż elbetowego funda-mentu pod turbozespół 200 MW . Konf. N auk. nt. G eotechniczne problemy Wielkopolski —• poł ą czona z Sesją wyjazdową Sekcji Mech. G runtów, Skat i Fundamentowania KI LiW PAN , Poznań 1978, Materiał y s. 167- 171.
29. A. WEGNER, Badanie wpł ywu pracy maszyn są siednich i towarzyszą cych na fundamenty turbozespoł ów duż ej mocy. Zesz. N auk. PP — seria: Budownictwo Lą dowe (w druku).
30. A. SCHÓNBURG, Richtlinien fiir den Bau von Dampfturbinen- Fimdamenten in EiSenbeton. Bauingenieur 10/ 1929/ H.46, s. 814- 816. 31. E. RAUSCH, Maschinenfundamente undandere dynamische Bauaufgaben. 3 Teil, Berlin, VDI- Verlag 1942. 32. H . WEBER, Uber das gemeinsame Schwingungsverhalten von W elle und Fundament bei Turbinenanlagen. VDI- Berichte nr 48/ 1961, s. 55 - 62. 33. E. KRAMER, Uber die Laufruhe von Turbogmppen. VDI- Berichte nr 48/ 1961, s. 63 - 69. 34. I. KISIEL, Dynamika fundamentów pod maszyny. Warszawa, PWN , 1957.
35. J. KOŻ EŚ NIK, Dynamika maszyn. Warszawa, WN T, 1963.
36. H . C . JIHIICMAHJ A. T . My3HKAj B. C . JIHIICMAHJ npedynpeaicdeuue u ycmpanenue eu6paifu& potnop-Hbix Maiuun. KneBj IfaflaT „ Texm n < a", 1968.
37. R. ŁĄ CZKOWSKI, Drgania elementu turbin cieplnych. Warszawa, WN T, 1974.
38. R. ŁĄ CZKOWSKI, Podstawy diagnostyki stanu dynamicznego turbozespoł u. Energetyka nr 3/ 1968, s. 89 - 93. 39. E. TULISZKA, Turbiny cieplne. Zagadnienia termodynamiczne i przepł ywowe. Warszawa, WN T, 1973. 40. R. ŁĄ CZKOWSKI, W zdł uż ne drgania wł asne wał u napę dowego o stał ej ś rednicy. Przeglą d Mechaniczny
34/ 1975/ 3, s. 77- 81.
41. R. ŁĄ CZKOWSKI, W zdł uż ne drgania wł asne wał u napę dowego o zmiennej ś rednicy. Przeglą d Mechaniczny 34/ 1975/ 5, s. 149- 153.
42. Z. WALCZYK, W yznaczenie krytycznych obrotów oraz amplitud drgań wietopodporowego wał u turbogenera-tora z uwzglę dnieniem sprę ż ystego powią zania podpór wał u oraz filmu olejowego. Konf. N auk. nt. Metod numerycznych w mechanice, G dań sk 1972, Materiał y s. 115- 118.
43. J. GLIENICKE, Veranderungen tin Schwingungsverhaltengleitgelagerter W ellen infolge von Zusatzeinfliissen. VDI- Berichte nr 320/ 1978, s. 1 - 8.
44. E. KRAMER, Gemeinsame Schwingungsberechnung von Motor und Fundament bei Turbomaschinen. VD I-Berichte nr 381/ 1980, s. 121 - 127.
45. A. MUSZYŃ SKA, Modelowanie i analiza dynamiczna wirników. Prace IPPT PAN nr 52/ 1975, Warszawa 1975. 46. E. RAUSCH, Richtlinien fiir den Bau von Dampfturbinen- Fundamenten in Eisenbeton. Bauingenieur 14/ 1933/ H. 15/ 16, s. 227- 228. 47. D I N 4024. Dampfturbinenfundamente. Richtlinien fiir die Berechnung und Ausfuhrung. September 1951. Bauingenieur 27/ 1952/ H.3, s. 106- 108. 48. D I N 4024. Stutzkonstrukttonen fiir rotierende Maschinen (vorzugsweise Tisch- Fundamente fiir Dampf-turbinen). Januar 1955. 49. J. JANISCH, Neuere Erkenntnisse fiir die Schwingungsberechnung von Turbinenfundamenten. Bauplanung-und Bautechnik nr 2/ 1958, s. 73 - 76. 2 Mech. Teoret. i Stos. 4/ 86
498 A. WE G N E R
50. M . <!>. MAKAPOMKH H J 10. A. COBOJIEBCKH H , OyHdaMBHinu nod MCUUUHU. M H H C K , r o c ii3«a x E C C P ., 1958.
51. n . A. ryTHfl3E3 Pactem fiyHdajMHmoB paMiioeo muna nod mypOoieuepamopu ua deiicmeue npodo.mmx eosMyufawwx cm. Has. T H H C X3H , T. 10, 1958.
52. Cz. KŁOŚ, J. LIPIŃ SKI, Fundamenty pod maszyny. Warszawa, Arkady 1959.
53. E. RAU SCH , Maschinenfundamentc imdanderc dynamisch beanspmchte Baukomtruktionen. VD I- Kommis-sion Verlag. D usseldorf 1959.
54. General Electric Co.: Steam turbine- generator foundations. G ET- 1749- B- C, U SA, 1961 - 1967. 55. E. KRYN ICKI, W. WŁODARCZYK, Projektowanie fundamentów pod maszyny. Przykł ady. Warszawa, Wyd.
Politechniki Warszawskiej, 1964. 56. G . KLEIN , Dynamische Berechnung von Turbincnfundament. Berlin, W. Ernst u. Sohn, Verlag, 19(>5, 57. G . KLEIN , Entwickhtng und Stand der Berechnung von Fundamental fiir Dampfturbosatze. Bautechnik n r 6/ 1966, s. 192- 195; nr 8/ 1966, s. 284- 287. 58. PN- 67/ B- 3040. Fundamenty i konstrukcje wsporcze pod maszyny. Obliczenia i projektowanie. Warszawa, Wyd. N ormalizacyjne 1967.
59. J. LIPIŃ SKI, Fundamenty i konstrukcje wsporcze pod maszyny. Warszawa, Arkady 1969.
60. W. HERRMANN, Schwingungsbeanspruchung von Maschinenfundamenten. Berlin, VEB Verlag Technik, 1954.
61. A. MAJOR, Berechnung und Planting von Maschinen — und Turbinenfundamentcn. Berlin, VEB Verlag fur Bauwesen, 1961.
62. G . BUZDUG AN, Dynamique des Foudations Machines. P aris, Editions Eyrolles 1972.
63. A. MAJOR, Dynamics in Civil Engineering. Vol. I - IV, F oundations for high speed machinery Vol. I ll, Budapest, Akademiai Kiado, 1980. 64. PN- 8O/B- 3O4O. Fundamenty i konstrukcje wsporcze pod maszyny. Obliczenia i projektowanie. Warszawa, Wyd. N ormalizacyjne, 1981. 65. R. CIESIELSKI, Aktualne kierunki badań doś wiadczalnych elementów i konstrukcji. Czasopismo Techniczne nr 7/ 1969, s. 1 - 7. 66. R. CIESIELSKI, Diagnostyka dynamiczna w budownictwie. Konf. N auk. Techn. nt. Oceny szkodliwoś ci wpł ywów dynamicznych na budynki i konstrukcje inż ynierskie. Kraków, 1971, M ateriał y T. 1, s. 5 - 20. 67. W. WŁODARCZYK. Doś wiadczenia z badań dynamicznych fundamentów i konstrukcji obcią ż
onych maszyna-mi. Zesz. N auk. P oi. Warszawskiej, Budownictwo n r 12, Warszawa 1970, s. 51 - 90.
P e 3 lo M e
nPOflOJIŁH LIE KOJIEBAH H il cfcynmAMEI ITOB TYP EOrEH EP ATOP OB BOJILIIIOtt MOIH -H OC T-H -H A *O -H E nPOBEfl-H l- I-H LK -H CCJIEflOBA-H -H fł
B CTaTŁe H3jio>i<eno aKTyajimoe 3n an n e oniocH Tejn.no Bbiny>KflenHbix Typ6oreH epaTopoB.
jieHM, nojry^iemibie flo CHX n o p , SKcnepHMeiiTajibHbie flH uaMEraecKne HCCJieflOBaniiH H SKcnjiyaTHpyeMbix cbyimaiwenTax.
O6napy>KeHo noaBjieHHe 6OJIŁUIHX npoflonbU Lix Kone6aHHft dpyiiflaMenT BMecre c MOIUHOCTŁIO Typ6oreH epaTopos.
O6cy>Kfleiiw n a t{)oiie npoBefleiiH bix HCCJieflonairaft nonwTKH BbiHCHHTb
H Towe — o6pa3 iwaTeMaTimecKoro BbwiicjieiiH H npoflom.H bix BbmyH<fleHHwx CH JI.
S u m m a r y
THE LON G ITU D IN AL VIBRATIONS OF LARG E- TURBO- G EN ERATOR F OU N D ATION S ACCORD IN G TO TH E EXPERIMEN TAL IN VESTIG ATION S
Up to date state of knowledge on the forced vibrations of turbogenerator foundations in the longi-tudinal direction is reviewed and discussed in the paper.
FUNDAMENTY TURBOZESPOŁÓW. 499 Existing experiments both on the dynamically loaded foundations and on the model of the fram foundations are presented as well. It was found that the longitudinal amplitudes of the foundation — vibrations are large and increase with the power rating. Explanation of the phenomenon of longitudinal vibrations, as well as computation methods for the longitudinal dynamic load are outlined.
